隧道圍巖分級與圍巖壓力

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1、學習本章的目的：（1）要求掌握有關(guān)隧道的勘查、設計、構(gòu)造原理和有關(guān)計算方法；（2）理解隧道圍巖穩(wěn)定性的影響因素及其與施工方法的關(guān)系；（3）了解隧道圍巖分級時考慮的因素。4.1隧道圍巖的概念與工程性質(zhì)4.2圍巖的穩(wěn)定性4.3圍巖分級4.4圍巖壓力的確定第4章隧道圍巖分級與圍巖壓力Surroundingrockclassificationandpressure4.1隧道圍巖的概念與工程性質(zhì)4.1.1圍巖的概念圍巖:隧道開挖后對其穩(wěn)定性產(chǎn)生影響的那部分巖(土)體。說明：圍巖既指巖體也指土體。4.1.2圍巖的工程性質(zhì)物理工程性質(zhì)水理力學巖石與巖體的區(qū)別

2、：巖石：均質(zhì)、連續(xù)、各向同性巖體：非均質(zhì)、不連續(xù)、各向異性巖體力學性質(zhì)獲取的方式：現(xiàn)場試驗：真實、費時、費錢室內(nèi)試驗：不易取樣、代表性差問題：1.結(jié)構(gòu)計算與力學性質(zhì)的關(guān)系？2.隧道結(jié)構(gòu)計算的難點？1、巖體的變形特性受拉、受壓、剪切、流變問題：巖體能受拉嗎？1)受壓變形巖石：線性、彈性軟弱結(jié)構(gòu)面：非線性、塑性巖體：彈塑性體，見下圖。圖4-1典型巖體全應力應變曲線巖體：①壓密階段(OA)②彈性階段(AB)③塑性階段(BC)④破裂和破壞階段(CD)2)剪切變形(1)沿結(jié)構(gòu)面滑動(2)巖石的斷裂(3)在結(jié)構(gòu)面的影響下沿巖石剪斷3)流變特性●蠕變：指應力

3、不變，而應變隨時間增長?！袼沙冢簯儾蛔儯鴳﹄S時間而衰減問題：圍巖流變特性對隧道的影響？圖4-2巖體的流變2、巖體強度巖石強度：通過試件獲得。巖體強度：低于巖石強度，約為巖石強度的70～80％。4.2圍巖的穩(wěn)定性4.2.1研究圍巖穩(wěn)定性的意義圍巖的穩(wěn)定性：隧道開挖后，在不支護條件下圍巖的穩(wěn)定性。問題：什么是隧道工程的頭等大事？研究圍巖的穩(wěn)定性，如何促使圍巖穩(wěn)定。圍巖級別的工程作用：①判斷圍巖穩(wěn)定性。②判斷施工難易程度，投資依據(jù)。③結(jié)構(gòu)分析計算的依據(jù)⑴地質(zhì)因素～客觀因素⑵人為因素～主觀因素、工程因素4.2.2影響圍巖穩(wěn)定性的因素1、地質(zhì)因素從

4、5個方面來分析：⑴巖體結(jié)構(gòu)特征⑵結(jié)構(gòu)面性質(zhì)和空間的組合⑶巖石的力學性質(zhì)⑷地下水的影響⑸圍巖的初始應力狀態(tài)⑴巖體結(jié)構(gòu)特征指巖體的破碎程度或完整狀態(tài)?！衿扑槌潭龋毫严堵?、裂隙間距。裂隙是廣義的：包括層理、節(jié)理、斷裂及夾層等結(jié)構(gòu)面?！裢暾麪顟B(tài)：整塊狀、大塊狀等。按這2個指標有下圖：⑵結(jié)構(gòu)面性質(zhì)和空間組合●性質(zhì)1)結(jié)構(gòu)面的成因；2)結(jié)構(gòu)面的光滑程度；3)結(jié)構(gòu)面的物質(zhì)組成；4)結(jié)構(gòu)面的規(guī)模；5)結(jié)構(gòu)面的密集度。●空間組合指結(jié)構(gòu)面的相互位置狀態(tài)。問題：軟弱結(jié)構(gòu)面有怎樣的害處？什么是不利空間組合？張家界圖節(jié)理較發(fā)育⑶巖石的力學性質(zhì)主要指巖石的單軸飽和極限抗壓

5、強度Rb。巖石強度越高，隧道越穩(wěn)定。(4)圍巖的初應力狀態(tài)●初始應力是隧道圍巖變形、破壞的根本作用力?！褚殉醪綄⒊跏紤紤]進圍巖分級之中。在高的初始應力場條件下，圍巖級別應適當降低。⑸地下水的影響●軟化圍巖；●減少層間摩阻力促使巖塊滑動；●具膨脹性的圍巖，遇水后產(chǎn)生膨脹等。2、人為因素⑴隧道形狀和尺寸⑵支護結(jié)構(gòu)類型⑶施工方法超挖4.3圍巖分級4.3.1概述圍巖分級：根據(jù)巖體的若干指標，按照穩(wěn)定性將圍巖分成不同的級別。工程目的：（1）結(jié)構(gòu)設計依據(jù)（2）施工方法依據(jù)（3）工程造價依據(jù)圍巖分級的發(fā)展過程：土石分類法單一因素分類法綜合物性分類法其它分

6、級法：組合多因素分類法與地質(zhì)勘探手段相聯(lián)系的分類法總結(jié)：早期～僅巖石強度；現(xiàn)在～綜合多種因素，如巖體構(gòu)造、巖石強度、RQD指標等。4.3.2圍巖分級方法3個基本因素：①巖性：抗壓強度、彈性模量、彈性波速等。②地質(zhì)構(gòu)造：巖體完整性或結(jié)構(gòu)狀態(tài)。③地下水：地下水發(fā)育時，圍巖級別應降低。1個附加因素：④初始地應力：適當考慮。（一）以巖石強度或巖石的物性指標為代表的分級法1.以巖石強度為基礎的分級法代表：土石分類法～堅石、次堅石、松石、土。2.以巖石物性指標為基礎的分級法代表：巖石堅固性系數(shù)(f值)分級法～普氏法f值：一個綜合的物性指標值，如巖石的抗鉆性

7、、抗爆性、強度等。但核心還是巖石強度。(二)以巖體構(gòu)造、巖性特征為代表的分級方法代表：●泰沙基法～考慮圍巖的完整狀態(tài)和巖性，共9級?！裎覈煌ㄋ淼绹鷰r分級法～借鑒了泰沙基法，考慮巖體綜合物性，共6級。（三）與地質(zhì)勘探手段相聯(lián)系的分級方法代表：●彈性波速分級法～波速是反映巖性與巖體結(jié)構(gòu)的一項綜合指標，波速越高，圍巖越好。波速Kv>0.750.75～0.550.55～0.350.35～0.15<0.15完整性完整較完整破碎較破碎極破碎●巖石質(zhì)量指標～RQD指標也是反映巖性與巖體結(jié)構(gòu)的一項綜合指標。RQD指標的具體含義為巖芯復原率:R>0.90.75

8、